Was die elektrischen und magnetischen Felder anbelangt, ändert sich weder die Ursache noch die Wirkung des anderen, da das bloße Vorhandensein eines elektrischen oder magnetischen Felds von Ihrem Bezugsrahmen abhängt. Vielmehr ändert sich eine einzige Größe, der Feldstärketensor,$F_{\alpha\beta}$. Eine Änderung des einen bewirkt keine Änderung des anderen, es ändert sich einfach eine Sache.

Kausalität ist ein äußerst gigantisches Thema, und die Menschen haben unterschiedliche Interpretationen dessen, was es bedeutet. Ich denke, eine ziemlich klassische Beschreibung ist, dass Ereignisse nur dann kausal zusammenhängen können, wenn das als Ursache betrachtete Ereignis im vergangenen Lichtkegel des Ereignisses liegt, das als Wirkung betrachtet wird, und umgekehrt (außer beim zukünftigen Lichtkegel). Dann wird die Kausalität hauptsächlich durch induktives Denken und Korrelation bestimmt, obwohl der Pfeil dies nicht sein muss$\iff$, vielmehr glaube ich, dass die notwendige Bedingung die Korrelation ist$\text{causation}\implies\text{correlation}$. Ehrlich gesagt, wenn Sie den Lichtschalter umlegen und ein Licht aufleuchtet und diese beiden Ereignisse in Lichtkegeln des anderen liegen und Sie nach zahlreichen verschiedenen Experimenten induktiv verifizieren, dass diese beiden Ereignisse korrelieren, dann implizieren Sie eine Kausalität (beachten Sie, dass es sich um eine deduktive Logik handelt Irrtum, aber als induktive Methode völlig legitim, gegenüber 'a-vi durch die oben erläuterte Methode). Allerdings würdest du das nicht mit dem Licht machen, oder...

Ich hoffe das hilft.

Es besteht keine Notwendigkeit, dass Physiker „bestimmen, ob es einen kausalen Zusammenhang gibt“, weil in diesem Zusammenhang das Wort „kausal“ völlig subjektiv ist. Ihre Frage spricht die Unterscheidung zwischen unmittelbaren und endgültigen Ursachen an - analog dazu, wenn ich (die Ladung) einen Ball (das elektrische Feld) auf eine Lampe werfe, war die Ursache für das Zerbrechen der Lampe (die Änderung des Magnetfelds) die Ball oder ich?

Das ist jedoch eine philosophische Frage; aus wissenschaftlicher Sicht zählt eigentlich nur, ob ein bestimmtes Modell: (a) funktioniert; und (b) bequem ist. Maxwells Gleichungen funktionieren sicherlich, und (wenn Sie die Relativitätstheorie nicht verstehen) ist es bequem anzunehmen, dass sich ändernde elektrische Felder magnetische Felder erzeugen und umgekehrt.

Es sollte vielleicht auch angemerkt werden, dass eine der in Ihrer Frage geerbten Annahmen nicht ganz richtig ist: Elektromagnetische Wellen können erzeugt werden, ohne dass Ladungen beteiligt sind, z. B. Hawking-Strahlung.

Physik Über Physik = Metaphysik

Dies ist eine Frage für die Philosophie, da es sich um die Grundlagen der Physik handelt.

Der Philosoph David Hume stellt fest, dass es für uns unmöglich ist, wirklich zu wissen, dass Kausalität existiert:

Daher können wir den Grund entdecken, warum kein Philosoph, der rational und bescheiden ist, jemals behauptet hat, die letztendliche Ursache einer natürlichen Operation zuzuordnen oder die Wirkung dieser Kraft deutlich zu zeigen, die irgendeine einzelne Wirkung im Universum hervorruft. Es wird zugegeben, dass die äußerste Anstrengung der menschlichen Vernunft darin besteht, die Prinzipien, die natürliche Phänomene hervorbringen, auf eine größere Einfachheit zu reduzieren und die vielen besonderen Wirkungen in einige wenige allgemeine Ursachen aufzulösen, und zwar durch Schlüsse aus Analogie, Erfahrung und Überwachung. Aber was die Ursachen dieser allgemeinen Ursachen betrifft, so würden wir vergeblich versuchen, sie zu entdecken, noch werden wir uns jemals durch irgendeine besondere Erklärung davon zufrieden stellen können. Diese ultimativen Quellen und Prinzipien sind der menschlichen Neugier und Erforschung völlig verschlossen.

Elastizität, Schwerkraft, Kohäsion der Teile, Bewegungsübertragung durch Impuls: Dies sind wahrscheinlich die letzten Ursachen und Prinzipien, die wir jemals in der Natur entdecken werden, und wir können uns für ausreichend glücklich halten, wenn wir sie durch genaues Forschen und Überlegen aufspüren können die besonderen Phänomene zu oder in der Nähe dieser allgemeinen Prinzipien. Die vollkommenste Philosophie der natürlichen Art hält unsere Unwissenheit nur ein wenig länger zurück, wie vielleicht die vollkommenste Philosophie der moralischen oder metaphysischen Art nur dazu dient, größere Teile davon zu entdecken. So ist die Beobachtung der menschlichen Blindheit und Schwäche das Ergebnis aller Philosophie und begegnet uns auf Schritt und Tritt, trotz unserer Bemühungen, ihr auszuweichen oder sie zu vermeiden.

Besser geht's nicht

Wir wissen nie , dass Billardkugel A, die Billardkugel B trifft, B dazu „veranlasst“, sich zu bewegen. Wir erwarten einfach, dass es passiert, denn jedes Mal, wenn wir eine solche Situation testen, funktioniert es so. Unser Glaube an Ursache und Wirkung ist eine Vorhersage der Zukunft, die ausschließlich auf Schlussfolgerungen aus Erfahrung basiert. Dies ist natürlich eine fragile Art von Wissen:

Möge der Lauf der Dinge bisher noch so regelmäßig sein; das allein, ohne irgendein neues Argument oder eine Schlussfolgerung, beweist nicht, dass es für die Zukunft so bleiben wird. Vergebens geben Sie vor, die Natur der Körper aus Ihren vergangenen Erfahrungen gelernt zu haben. Ihre geheime Natur und folglich alle ihre Wirkungen und Einflüsse können sich ändern, ohne dass sich ihre sinnlichen Eigenschaften ändern.

Im Kontext der Physik müssen Sie sich einfach mit der einfachen Antwort begnügen, dass in der Vergangenheit ein magnetisch-elektrischer Zusammenhang gefunden wurde. Es ist eine Erklärung, die vorerst funktioniert.

Wenn wir ein Ereignis definieren, das wir aufrufen werden$p$die Ursache sein und$q$um seine Wirkung zu sein, dann$p$und$q$sollte die folgenden Regeln erfüllen,

1. $p$impliziert$q$aber$q$bedeutet nicht$p$.

2. in Abwesenheit von$p$,$q$sollte es auch nicht geben.

3. $p$und$q$sollten keine gleichzeitigen Ereignisse sein, wie sie von irgendeinem Trägheitsbezugssystem aus gesehen werden.

Ich möchte zu der bereits ausgezeichneten Antwort oben hinzufügen, dass die Argumentation hinter der Einführung des Magnetfelds etwas weniger mathematisch erklärt werden kann.

Grundsätzlich ist als erstes eine elektrische Ladung zu berücksichtigen. Wenn es sich in unserem Bezugssystem nicht bewegt, erzeugt es kein magnetisches Feld, sondern nur ein elektrisches. Wenn es sich nun zu bewegen beginnt, nehmen wir wahr, dass sich seine Breite (und die Breite der Raumzeit) parallel zu seiner Bewegungsrichtung zusammenzieht, sodass es sich für alle zusammenzieht$dl$wir haben$dl' = \sqrt{1-v^2} dl$- Lorentz-Kontraktion. Nun ziehen sich auch die Feldlinien des elektrischen Feldes zusammen – und je näher die Feldlinien sind, desto stärker ist das Feld. Dieser zusätzliche Einfluss wird einfach als „Magnetfeld“ bezeichnet, ist aber keine separate Einheit. Das Magnetfeld ist also ein relativistischer Schatten des elektrischen Felds. Dies spiegelt sich in der Maxwell-Gleichung wider, wo die Ladungsdichte nur mit dem elektrischen Feld erscheint, nicht mit dem magnetischen. Ladung verursacht also ein elektrisches Feld und unsere Relativbewegung zur Ladung bewirkt, dass sich unsere Wahrnehmung dieses Feldes ändert.

Dies ist jedoch nur die halbe Wahrheit. Denn es wurde festgestellt, dass sich Änderungen in elektrischen Feldern im Vakuum ausbreiten – das sind elektromagnetische Wellen. Im Vakuum werden Maxwell-Gleichungen völlig symmetrisch - und bei elektrischen und magnetischen Feldern kann man Ursache und Wirkung nicht unterscheiden. Hier muss „relativistisches Denken“ Vorrang vor unserer klassischen Intuition haben und wir müssen akzeptieren, dass diese Felder – so unterschiedlich sie auch erscheinen mögen – nur eine Einheit sind – das elektromagnetische Feld.

Viele der oben gegebenen Antworten sind falsch. Das Wort „kausal“ ist nicht subjektiv. Eine der Antworten beinhaltet die Analogie:

Wenn ich (die Ladung) einen Ball (das elektrische Feld) auf eine Lampe werfe, war die Ursache für das Zerbrechen der Lampe (die Änderung des Magnetfelds) der Ball oder ich?

Aber das ist keine gute Analogie, weil die beiden Fälle überhaupt nicht ähnlich sind. Wenn eine Ladung schwingt und eine Änderung in einem Magnetfeld erzeugt, gibt es eine zeitumgekehrte Version des Prozesses, die stattfinden kann und auch stattfindet. Das ist nicht nur eine theoretische Möglichkeit, sondern etwas, was Menschen tatsächlich in einem Labor tun können. In gewisser Weise ist also nicht klar, welches Ereignis eine Ursache und welches die Wirkung ist. Die Kausalität zwischen Ladungen und Feldern kann manchmal im Rahmen einer spezifischen Erklärung deutlich gemacht werden. Wenn Sie beispielsweise einen Sender haben, können Sie die Ladungen im Sender steuern und als Folge der Steuerung dieser Ladungen ein Feld erzeugen. Wenn Sie eine Antenne haben, kontrollieren Sie nicht das Feld um die Antenne, das Feld um die Antenne kontrolliert das von der Antenne erzeugte Signal.

Es gibt mehrere Disanalogien zwischen dem Ball und den Feldern. Das Werfen des Balls auf die Lampe ist nicht zeitumkehrbar. Wer behauptet, dass die Zeit umkehrbar ist, spielt ein Wortspiel, das nichts mit der Art von Operationen zu tun hat, die in der Realität durchgeführt werden können. Es gibt einen objektiven Sinn dafür, dass die Lampe nicht zerbrechen würde, wenn der Ball nicht geworfen würde. Und es gibt einen objektiven Sinn, in dem das Zerbrechen der Lampe die Wirkung und nicht die Ursache ist. Und es gibt einen objektiven Sinn, in dem der Ball, der geworfen wird, die Ursache und nicht die Wirkung ist.

Ein Teil des Problems, das Menschen beim Verständnis von Ursache und Wirkung haben, besteht darin, dass Kausalität im Vergleich zu Bewegungsgleichungen ein relativ abstraktes Thema auf hoher Ebene ist. Ursache und Wirkung sind im Allgemeinen im Kontext einer Erklärung des Geschehens zu beurteilen. Sie können nicht einfach das Rad auf einer Bewegungsgleichung drehen und die richtige Antwort herausspringen lassen.

Nun können sich die elektrischen und magnetischen Felder in einer Region ändern, ohne dass sich die Ladungen in dieser Region ändern. Wenn Sie also nicht in Begriffen von elektrischen und magnetischen Feldern denken können, haben Sie ein Problem. Auch in vielen Fällen, in denen elektrische und magnetische Felder mit einem Material und damit mit Ladungen interagieren, ist es möglich und nützlich, das Geschehen zu behandeln, ohne die Ladungen explizit zu berücksichtigen. Beispielsweise können Reflexion und Brechung an der Oberfläche eines Dielektrikums im Hinblick auf die Kontinuität von Feldern behandelt werden. Es gibt eine zugrunde liegende Erklärung des Brechungsindex usw. in Bezug auf Felder, die mit Ladungen interagieren, aber sobald Sie diese Erklärung kennen, müssen Sie sie nicht in jedem Fall explizit behandeln, und dies wird dem Verständnis im Wege stehen.

Eine der Antworten besagt, dass wir nicht wissen können, dass Kausalität existiert, weil wir sie nach Hume nicht direkt beobachten können. Dieselbe Antwort behauptet auch, dass wir durch Schlussfolgerung aus Erfahrung zu Ideen gelangen, aber das ist falsch. (Eine andere Antwort behauptet, dass wir Ideen induktiv verifizieren, was ein anderer Name für denselben angeblichen Prozess ist und auch falsch und äußerst irreführend ist.) Zum Beispiel für viele Beobachtungen der Bewegung des Sonnensystems, die vor dem 19. Jahrhundert gemacht wurden, allgemein Relativitätstheorie und Newtonsche Mechanik stimmen in ihren Vorhersagen überein. Es kann also keinen richtigen Weg geben, die richtige Theorie aus Beobachtungen abzuleiten, da wir zwei widersprüchliche Erklärungen für dieselben Ereignisse haben.

Wir wissen um den kausalen Zusammenhang zwischen zwei Ereignissen genauso wie um alles andere. Wir raten über die Lösung eines Problems, dann kritisieren wir die Vermutungen, bis nur noch eines übrig ist und es keine bekannten Probleme mehr gibt. Unser Wissen basiert auf gar nichts. Es ist ein von Kritik kontrolliertes Ratespiel, einschließlich der Ergebnisse von Experimenten. Siehe zum Beispiel „Realism and the Aim of Science“ von Karl Popper, Kapitel I, das einen Abschnitt enthält, der Hume widerlegt. „Objective Knowledge“ von Popper Kapitel 1 widerlegt die Idee, dass Theorien aus Erfahrung abgeleitet werden. Siehe auch „The Fabric of Reality“ von David Deutsch, Kapitel 3 und 7. „The Beginning of Infinity“ von Deutsch, Kapitel 1,2,5 ist ebenfalls lesenswert, insbesondere Kapitel 5, von dem ein Teil die Frage der Kausalität behandelt.